超音波ドップラー流速計やADCPで使用されるドップラーシフトはどういったものでしょうか?

A 回答 (1件)

 


  こういう分野には詳しくありませんので自信なしとしますが、「ドップラーシフト」とは、波動が、その波の載っている媒体の運動で、波長や振動数がずれる(変位する=シフトする)ことです。
 
  例えば、空気中の音波で考えれば、自動車や電車などが走りつつ接近して来ると、その走行音が、段々高い音(振動数の大きな音)になり、すれ違う瞬間最高になり、それから遠ざかるに連れ、今度は逆に、低い音(振動数が小さな音)へと変わって行きます。これがドップラーシフト=ドップラー効果で、この場合、別に媒体の空気が運動している訳ではありませんが、音源の電車や自動車が、媒体の空気に対し運動しているので、結果的に、媒体が運動しているのと同じような効果が出るのです。
 
  媒体静止で音源が運動する場合、振動数nの音を、前進方向に出していると、この運動音源の速度が、前進方向向きで、vとすると、音波の速さs(温度によって変化するので、定数ではありません)で、1秒後には、音波はsメートル前方にあり、運動音源はvメートル前方にあります。v<sの場合、s-v>0で、この時、この距離のあいだに、n回の振動があることになります。本来、sメートルの距離のなかに、均等にn個の振動があるはずなのですが、音源が動いているので、s-vの距離のなかに、n個の振動があることになり、s/(s-v)の割合で、高い音に変わって聞こえます。これが接近する電車の音などが高くなることの理由です。
 
  超音波ドップラー流速計の場合、原理は、流れている水のなかに装置を沈め、超音波を発信し、それを、少し離れたセンサーで感受して、発信した超音波と、受信超音波で、どれぐらい振動数が変化しているか測定し、この変化は、液体媒体の運動によるドップラー効果であるので、振動数の変化から、逆算して、媒体が、どのぐらいの速度で、運動していたか、つまり、「流速」が分かるのです。参考URLの装置のように、180度の三つに分かれたセンサーで測定すると、流れが、どの方向に流れていたか、つまり、ヴェクトル量としての流れの速度が測定できます。
 
  液体中でも、音の速度は、温度や圧力で一定に決まって来ますが、ドップラー効果があるので、液体の運動が加わると、音波が超音波になるのです。
 
  原理的には、発信源から、sの速度で音波が進んだところ、丁度、音波の進行方向に向き合う方向に液体が流れていた場合、液体の流速をvとすると、1秒後には、sメートル音波は進むのですが、媒体が、音波の進行方向の逆方向にvメートル進むので、音波は実際には、s-vメートルしか進んでいないことになります。仮に、この距離の位置にたまたまセンサーがあると、センサーは或る振動数を記録します。しかし、1秒sメートルでn回振動しているのが普通の音波で、この場合、s-vメートルでn回振動しており、s/(s-v)だけ、振動数が高くなっているとも言えます。センサーが記録する振動数は、この値です。これはだから超音波になっています。
 
  センサー位置が必ずしも、s-vの位置にあるとは限りませんが、センサー位置で、振動数を計り、センサーと発信源との距離(是は、装置で決まっています)を比較すると、液体の運動、つまり、流速が計算できるということです。
 

参考URL:http://www.nanotech.co.jp/Products/sontek/adv.html
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この回答へのお礼

URL紹介ありがとうございます。詳しく説明していただき大変助かりました。

お礼日時:2002/02/12 23:51

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No.2です。
>直線ですが、45cmくらいのものを8枚くらい切りたいと思っています。
>また今回のみの用途です。
 となるとPカッターも難しい、もっと長ければよいのですが45mmの長さとなると面倒くさい。
 8枚ともなると超音波カッターもダメ。ちょっと端を切り落とす程度なら・・
 

 厚さが3mmある帯状のものだとして、それを切るのが簡単なのは、パイプソー( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97%E3%82%BD%E3%83%BC&gws_rd=ssl&tbm=isch )ですね。
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No.2です。
>直線ですが、45cmくらいのものを8枚くらい切りたいと思っています。
>また今回のみの用途です。
 となるとPカッターも難しい、もっと長ければよいのですが45mmの長さとなると面倒くさい。
 8枚ともなると超音波カッターもダメ。ちょっと端を切り落とす程度なら・・
 

 厚さが3mmある帯状のものだとして、それを切るのが簡単なのは、パイプソー( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97%E3%82%BD%E3%83%BC&gws_rd=ssl&tbm=isch )ですね。
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Q超音波振動ナイフの実力は?

以前、たまたま見ていた試してガッテンで、ケーキやトマトを
包丁で切るという実験をやっておりました。
両方とも、やわらかく、切るというよりつぶれるような感じに
なってしまいます。
特に、ケーキは、一番上の苺、次に生クリーム、次に、交互に
重ねられる、スポンジと生クリームの層。
真っ二つに、切るには、非常に条件が悪いとされるらしく、
ヘタな主婦が包丁でケーキを切ると、無残な姿になっておりました。

で、本題です。
番組後半に、出た、超音波包丁を使うと、誰でも、きれいに
真っ二つ! 苺も、クリームも本体も、きれいに切れました。

これは、凄いと記憶に残っていて、 肉(特に、鶏肉)を切るのに
便利ではないかと思っております。

鶏肉も、肉部と脂肪部と皮部に分かれており、ふにゃふにゃ、すべすべ
して、とても、包丁で切りにくいです。

そこで、超音波包丁なるものが、あって、テレビどおりの実力なら、
スパスパ切れるのではないかと期待しております。

ネットや、Youtube等で、超音波包丁、ナイフ、カッターで調べますが、
なかなか、実力がわかるような動画や、写真・資料が見つかりません。

鶏肉を超音波包丁で、切れるかどうか、情報もっている方 いたら
教えて下さい。

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超音波包丁というから、なんとなく刃物のイメージでとらえるのでしょうけど、あれは糸です。

それもすべすべではなく多少摩擦のある糸です。
それをぷるぷる震わせながら触らせることで、ケーキや果実の組織に、移動しながら食い込むんです。
まさつが生じます。が、片方向に動くのではなくいったりきたりしますから、くずれることなく割れていくのです。

これは、包丁というより、のこぎり特にチェーンソーと同じことです。
チェーンソーも、震えながら木材に当たることで組織の非常に小さいスパンでの摩擦で組織を破壊していきますけど、上下いったりきたりなので幹を揺らさずに切れるわけです。
もちろんチェーンソーでケーキを切るわけにいかないのは、チェーンソーの動きは乱暴なので、やわらかい菓子生地なんかはふっとばしてしまうからですね。

ところで、ケーキですけど、もしミシン糸みたいなものをピンと張って手でぷるぷる上下にうごかしながら当てたらどうなると思いますか。
そうです。切れるのです。
超音波でやるのでないのであれほどきれいにはいかないけど、少なくとも果物ナイフをまっすぐおろすよりはましな切れ方をします。
これは本当に菓子店でやっている技です。
ぷるぷるうごかさないでまっすぐ糸をおろしたら、やっぱり不細工な状況になります。羊羹やゼリーでない限りうまくいきません。

刃物で悲惨なことになるのとこれは同じことなんです。
刃物の場合、失敗は、まっすぐ刃をおろした場合です。
切れ目も入らず、おしつぶされて輪郭が変わり、クリームが変形してはみでたりするわけです。

切れる、というのは、一直線に刃を引いたときに、刃がうまく研がれていればすっと組織を二つにわけるわけです。
これだと組織がくっついてくるというなら、刃は研がれていないのです。

さて、鶏肉ですが、おっしゃるように皮もやりづらいし、肉もぷよぷよしています。
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鋭い日本刀ですっと引いたら、最初のうちはきれいに身はわかれるでしょうね。
だけど、何度もやっているとすぐに刀がなまってだめになる。
理由は、刃に油の膜がつくからです。

これを糸をあてて振動しながら切ろうと考えてどうなるか、ご想像ください。
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技術は驚かれたとしても、魔法ではありません。必ず物理法則にしたがっています。

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まさつが生じます。が、片方向に動くのではなくいったりきたりしますから、くずれることなく割れていくのです。

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Q超音波距離計について

送波器から超音波を飛ばして物体で反射して受波器で受信する超音波距離計で、受波器から得られる情報って伝搬時間以外に何かないのでしょうか?
「受波器の直径を30mmとした時に10mmの位置で受信した」ような受信位置とかはわからないのでしょうか?
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教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

あなたの持っている超音波距離計の方式が判りませんが、最初の?に対しては、音波ですので、受信強度や位相情報が得られます。
2番目の?は「受波器の直径を30mmとした時に10mmの位置で受信した」ような受信位置・・・周波数も不明で、その素子径でその距離では良く判りませんが、一般論で言えば何もない空中伝播なら受信強度である程度判ります。
3番目の?は、No1さんが言うとおり1個で限定条件無しでは無理でしょうね。ただ距離を固定するとか複数の素子で測定するとか、いろいろ限定条件が付けてやれば入射角は判ります。
いろいろ文献が出ていますので、あなたの目的にあうものを探されてみたら如何でしょう。

Q超音波の事で

超音波の事でお聞きしたいのですが、超音波は壁など障害物などを貫通してしまうのですか?超音波を通さない物などあるのですか?超音波を吸収する物などありますか?分かる方お願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
 超音波について、どの程度の知識をお持ちかわからないのですが、次のような答えはいかがでしょう。

 まず、他の方も答えておられるとおり、超音波も所詮は「物の振動」・「音」であり、特に「何でも貫通する」わけではありません。

 ご存知かと思いますが、「音」は、空気の振動です。茶碗をたたくとその衝撃で茶碗が微妙に広がったり縮んだり振動し、その周りの空気を押したり引っ張ったりするため、押された空気は濃く(圧力が高く)、引っ張られた空気は薄く(圧力が低く)なり、そのムラが広がって耳の鼓膜に届くと、圧力の高いときは鼓膜が押され、低いときは引っ張られて振動し、その先についた神経を刺激して「ちーん」と感じます。

この濃い・薄いの振動の速さ(周波数)が、1秒に100回くらいだと「どーん」と低い音に聞こえ、1秒に10000回くらいだと「ちーん」と高い音に聞こえますが、人間の耳では1秒に20000回を超えると感じることができなく(聞こえなく)なります。これが「超音波」ですので、基本的にはただの振動・音であり、夢のように透過力が強いわけではありません。
(なお、音波である超音波は、電気と磁気の相互作用である電磁波(電波)とは周波数に係わらず無関係ですので混乱しないようにしましょう)

 空気のムラである音は、硬い壁でさえぎられますが、壁もあまり頑丈でなければ圧力に応じて微妙に変形(振動)するので、「壁の向こうの音も漏れて聞こえる」ことになります。しかし、むしろ、壁の向こうの音が「もごもご」と低く聞こえることからもわかるとおり、壁は通常、高い音ほど透過力が小さく、超音波は透過力が極めて小さいとも言えます。

 しかし、一方で、超音波は、「超音波断層撮影」として内臓の透視に使われたり、体内の結石を破壊したりするのに使われ、このために、「超音波は何でも透過する」とお考えになっているのではないでしょうか。事実、硬い壁に比べて、一般に柔らかな物は振動を通しにくい中で、水や人体が振動速度がある程度速い高い音のほうが多少は透過しやすいのは事実です。
 しかしながら、超音波が応用されやすい大きな理由は、「ビームを絞りやすい」(指向性をつけて小さな範囲に音を集中させやすい)ので、体内や地下の構造がこまかく見えやすく、結石等の目標に正確に衝撃を与えやすいことのようです。
 その他、これら応用では、大きなエネルギー(音量)を使うので、人間が聞こえるような音を使うと、うるさくてかなわない(おなかの赤ちゃんの耳にも悪い)という理由も馬鹿にはなりません。
(ついでに、極端ですが、真空では、いかなる振動も音も伝わりませんね。)

さて、ご質問の答えになっているでしょうか。
お役に立てば幸いです。

こんにちは。
 超音波について、どの程度の知識をお持ちかわからないのですが、次のような答えはいかがでしょう。

 まず、他の方も答えておられるとおり、超音波も所詮は「物の振動」・「音」であり、特に「何でも貫通する」わけではありません。

 ご存知かと思いますが、「音」は、空気の振動です。茶碗をたたくとその衝撃で茶碗が微妙に広がったり縮んだり振動し、その周りの空気を押したり引っ張ったりするため、押された空気は濃く(圧力が高く)、引っ張られた空気は薄く(圧力が低く)なり、その...続きを読む

Q分光光度計で測れるものは吸収係数ですか、それとも消散係数ですか?

分光光度計を使って,海水の消散係数(=吸収係数+散乱係数)を測りたいと思っているのですが、マニュアルなどによると、分光光度計で測れるのは、吸収係数(吸光係数)となっています。

ところで、分光光度計による吸収係数の測定原理は、媒質に光を照射して、光の透過度を測るというものです。透過しなかった光には、媒質に吸収された分だけでなく,散乱を受けた分もあると考えられるので,分光光度計で測れる「吸収係数」は,実は海洋分野の用語では「消散係数」に相当するのではないのかと思っています。

上記の解釈が正しい場合、分光光度計で海水の消散係数が測れることになりますが、このような解釈は正しいでしょうか?

光学に詳しい方がいらっしゃいましたら、教えて頂けると幸いです。

よろしくお願い申し上げます。

Aベストアンサー

> 散乱光がどの程度受光量に影響するかが異なると考えてよろしいでしょうか?

粒度分布が違えば当然結果も異なってくるので、申し訳ありませんが正直定量的にどの
くらいかは想像も付きません。色んな粒度分布の標準試料があって(オーソライズされた
ものは無いかも?)、それをある程度多くの機種で巡回測定してみないことには、何とも・・・

下記URLにも、「測定された光は、光の波長、分散固形物の粒子形状、粒径、その他の
影響を受けます。そのため、濁度測定においては、物質、測定方式間の比較は出来ない
ばかりでなく、同じ会社の製品でも機種が異なれば、測定結果の比較は出来ません。」
とあります。

http://www.ohg.jimusho.jp/7187.html?*session*id*key*=*session*id*val*

もちろん、測定対象物の組成や粒度分布が一定していて、その濃度を順次変えた試料が
準備可能であって、絶対散乱量ではなく「濃度換算」ができれば良い、と言う場合には、
各濃度試料から検量線を作成して分析に使えばそれなりの精度で濁度分析を行うことが
できると思います。このような分析は生化学などで一般的に用いられています。粒度分布
が一定しないと、やはり誤差は大きくなります。

http://www.baiyou.jp/doc_files/page/knowledge/0006.html

参考URL:http://www.ohg.jimusho.jp/7187.html?*session*id*key*=*session*id*val*

> 散乱光がどの程度受光量に影響するかが異なると考えてよろしいでしょうか?

粒度分布が違えば当然結果も異なってくるので、申し訳ありませんが正直定量的にどの
くらいかは想像も付きません。色んな粒度分布の標準試料があって(オーソライズされた
ものは無いかも?)、それをある程度多くの機種で巡回測定してみないことには、何とも・・・

下記URLにも、「測定された光は、光の波長、分散固形物の粒子形状、粒径、その他の
影響を受けます。そのため、濁度測定においては、物質、測定方式間の比較は出...続きを読む

Q超音波洗浄機に液体窒素を入れたらどうなるでしょうか

皆様、お世話になります
以下の実験をしたいのですが、もし結果が分かる方が居ましたら教えて頂きたく

1.超音波洗浄機の容器に液体窒素を入れる
2.液体窒素の中に1cm3(立方センチ)程度の樹脂(エポキシ系)を入れる
3.数十秒放置
4.超音波洗浄機の電源を入れる

この場合、樹脂の塊はどうなるのでしょうか?

本題は、樹脂の塊を粉々に破壊し、樹脂内部の金属を簡単に取り出す

上記で、超音波洗浄機ではなく、超音波を直接当てたら、樹脂は割れてくれますか?

変な質問で大変恐縮ですが、宜しくお願い致します

以上

Aベストアンサー

超音波洗浄機程度のエネルギーで樹脂が破壊されることはありません。
空気中であれば、エネルギーは拡散するので、さらに加わるエネルギーは小さくなります。

落として割れるのは居部的に衝撃が加わるからであって、液体中でエネルギーが均等に加わっても大した破壊力にはなりません。
エネルギーが蓄えられたり、集中して短時間に局所的な衝撃が加わるような装置を製作すれば破壊します。
割れるとすれば、液体窒素の中に入れた時の部分的な急激な収縮で割れる可能性はあります。

Qドップラー効果の問題

「静止している水素原子はλ0の光を出す。ある星雲からの同じ光を調べたらλ0より長いλ1の波長になっていた。この星雲は地球に近づいているか、遠ざかっているか。またその速さvはいくらか。光速をcとし、地球は止まっているとしてよい。」
という問題があって、解説では波長が長くなっているから、振動数は減っているから遠ざかっていると書いてありましたが、なぜ振動数が減ると遠ざかっているとわかるのでしょうか?
後,f1=c/cー(ーv)・f0と書いてありましたが、
公式のf=Vーu/Vーv・f0は使わないのでしょうか?
あとf1=c/cー(ーv)・f0の続きにc/λ1=c/c+v・c/λ0
∴v=λ1ーλ0/λ0・cとなっていたのですが、ここの式がどのように成り立っているのかわからなくて困っているので教えてください。お願いします!

Aベストアンサー

こんばんは。

>>>
なぜ振動数が減ると遠ざかっているとわかるのでしょうか?

真空中の光の速度は、絶対に一定なので、
振動数が減っているということは、1振動の周期毎に物体が遠ざかっていること以外の説明がないからです。


>>>
後,f1=c/cー(ーv)・f0と書いてありましたが、
公式のf=Vーu/Vーv・f0は使わないのでしょうか?

音のドップラー効果の場合は、
近づくとき音速が速くなり、遠ざかるとき音速が小さくなります。
しかし、真空中の光速は絶対に一定なので、音のドップラー効果と同じ式が使えません。
(参考)
http://www.gem.hi-ho.ne.jp/katsu-san/audio/doppler.html


>>>
あとf1=c/cー(ーv)・f0の続きにc/λ1=c/c+v・c/λ0
∴v=λ1ーλ0/λ0・cとなっていたのですが、ここの式がどのように成り立っているのかわからなくて困っているので教えてください。

f1 = c/cー(ーv)・f0 = c/(c+v)・f0  ・・・(あ)

また、当然ながら、
f1 = c/λ1  ・・・(い)
f0 = c/λ0  ・・・(う)
です。

(あ)に(い)と(う)を代入すれば、
c/λ1 = c/(c+v)・c/λ0
です。

両辺をcで割って、
1/λ1 = c/((c+v)λ0)
λ0/λ1 = c/(c+v)
両辺の逆数をとって
λ1/λ0 = (c+v)/c
c+v = λ1/λ0・c
v = λ1/λ0・c - c = (λ1/λ0 - 1)・c
 = (λ1-λ0)/λ0・c


以上、ご参考になりましたら。

こんばんは。

>>>
なぜ振動数が減ると遠ざかっているとわかるのでしょうか?

真空中の光の速度は、絶対に一定なので、
振動数が減っているということは、1振動の周期毎に物体が遠ざかっていること以外の説明がないからです。


>>>
後,f1=c/cー(ーv)・f0と書いてありましたが、
公式のf=Vーu/Vーv・f0は使わないのでしょうか?

音のドップラー効果の場合は、
近づくとき音速が速くなり、遠ざかるとき音速が小さくなります。
しかし、真空中の光速は絶対に一定なので、音のドップラ...続きを読む


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